Секрет внутри акулы: как «Протеомарин» использует антитела морских хищников для лечения атеросклероза и онкологии

Победить старение

«Я давно интересовался проблемой старения. С юности считал, что старение нужно и возможно победить, взяв под контроль возрастные заболевания и расстройства, — рассказывает Александр Кудрявцев. — Идея создания компании пришла в ходе работы над проблемой старения. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются основной причиной высокой смертности и инвалидности людей во всем мире. Именно с атеросклерозом нужно бороться в первую очередь».

По прогнозам ВОЗ, в 2030 году от ССЗ, в основном от болезней сердца и инсульта, умрет около 23,6 млн человек. Эти болезни останутся основными причинами смерти.

В 2017 году у Кудрявцева появились единомышленники. Один из них — создатель благотворительного фонда поддержки научных исследований «Наука за продление жизни» Михаил Батин. Он интересовался действием статинов, снижающих уровень холестерина и сартанов — препаратов, регулирующих давление.

Холестерин разделяют на «плохой» и «хороший». В норме он необходим организму:

• обеспечивает эластичность мембран клеток;
• один из компонентов синтеза гормона кортизона и репродуктивной системы, витамина D;
• регулирует уровень фосфора и кальция;
• участвует в работе нервной и иммунной систем;
• защищает эритроциты;
• при грудном вскармливании важен для развития мозга, костно-мышечной, иммунной и репродуктивной систем, выработки правильных гормонов новорожденного.

Избыток «плохого» холестерина откладывается в стенках сосудов, способствует образованию атеросклеротических бляшек. В результате движение крови затрудняется, просвет сосудов сужается, что вызывает кислородное голодание и повышение давления. Кровоснабжение органов и тканей оказывается недостаточным. Бляшки могут распадаться, и формируются тромбы. Это провоцирует возникновение тромбоэмболии, а также инфаркты и инсульты, приводит к летальному исходу.

Статины — гиполипидемические препараты для лечения устойчиво повышенного уровня общего холестерина. Их действие основано на ингибировании фермента, отвечающего за выработку холестерина самим организмом.

«Статины снижают холестерин, что приводит к таким последствиям как гормональный сбой, возникновению диабета и ряду других побочных эффектов. Это приводит к массовому отказу от статинов в первый же год лечения. Мы с друзьями решили разработать более действенное средство для терапии сердечно-сосудистых заболеваний без таких побочных эффектов, —– уточняет Александр. — Основываясь на успехах мировой науки в этой области, мы предложили биофармацевтическое и биоинженерное решение — ингибировать белок PCSK9, который регулирует количество “плохого” холестерина (ЛПНП) с помощью антител акулы».

С друзьями с биофака, Анной Вахрушевой и Александром Злобиновым, Александр Кудрявцев стал обсуждать возможность создания такого препарата, так как на рынке уже были представлены дорогие аналоги, недоступные для целевой группы населения России, особенно для пожилых людей, больше всего подверженных ССЗ. Втроем они в дальнейшем и создали «костяк» команды. На начальном этапе очень важна была поддержка Михаила Батина, который вместе с фондом «Наука за продление жизни» популяризировал проблематику и способствовал обсуждению проблемы старения и роли сердечно-сосудистых заболеваний в обществе.

«Мы задались целью — получить более эффективное средство, доступное по цене для всех и каждого: для людей пожилого возраста, среднего класса, а при возможности субсидирования от государства также и для малоимущих граждан», — дополняет Александр.

Акулы против старения

Будущая команда «Протеомарина» искала возможные решения на основе моноклональных антител. В крови акул есть особые антитела (IgNAR), обладающие рядом уникальных свойств:

• Размер в десять раз меньше по сравнению с моноклональными антителами. Они производятся не в эукариотических клетках, а в бактериальных, что значительно удешевляет процесс производства.
• Высокая специфичность к мишени и низкая иммуногенность. Риск побочных эффектов минимален.
• Высокая биодоступность их обеспечивает низкую аллергенность на месте инъекции и быстрое проникновение непосредственно в кровоток, даже при подкожной инъекции, что гораздо лучше чем болезненная внутривенная.

На сегодняшний день большая часть медицинских препаратов — химически синтезируемые малые молекулы. Они дешевы, но их явный минус — низкая специфичность. Лекарственные препараты на основе таких молекул воздействуют не только на мишени, но и на здоровые клетки. Как следствие — возникновение побочных эффектов.

Моноклональные антитела представляют собой основу для препаратов другого типа. Процесс получения белков-антигенов сходен с синтезом данных структур иммунной системой человека. Лекарства в этом случае действуют избирательно, бьют точно по антигену, к которому предназначены. Такие препараты называются таргетными.

«У моноклональных антител есть недостаток — дорогостоящий процесс разработки и производства, и, как правило, такие препараты доступны только в виде внутривенных инъекций, — рассказывает Александр Кудрявцев. — Поэтому их применяют, когда более дешевой и безопасной альтернативы не существует, например, для лечения онкологии. Сейчас также стали создавать препараты на основе моноклональных антител от ревматоидного артрита, ССЗ и ряда других, но доступными их не назовешь. В частности, годовой курс лечения от атеросклероза стоит сотни тысяч рублей. Еще один недостаток — при длительной терапии организм вырабатывает антитела иммунного ответа на крупные чужеродные белковые молекулы, и лекарства теряют свою эффективность, что возникает довольно часто».

В компании «Протеомарин» специалисты решили создать более дешевые и эффективные препараты для лечения заболеваний, ассоциирующихся со старением. В качестве основы они выбрали акульи антитела из-за их особого молекулярного строения. Антитела большинства животных состоят из двух легких и двух тяжелых полипептидных цепей, отдельные участки которых свернуты в глобулы (домены) и имеют постоянную или вариабельную структуру. Однако у акул, лам-альпак и верблюдов антитела состоят только из тяжелых полипептидных цепей. Для лечения можно использовать не все антитело, а лишь активную часть этой большой молекулы — антигенсвязывающий вариабельный домен (нанотело).

Благодаря этому размер терапевтического агента уменьшается в 10–15 раз по сравнению с традиционными моноклональными антителами, состоящими из четырех полипептидных цепей. Снижение молекулярной массы и упрощение конструкции лекарства улучшают его биодоступность, то есть способность проникать в ткани, и уменьшают иммуногенность.

Препарат нового поколения

Кроме того, для его производства (воспроизводства клонированного гена) можно использовать дешевые системы — бактерии и дрожжи — вместо дорогих систем, например, клеток человека или животных.

Выбор акульих антител связан с их некоторыми преимуществами. По словам Александра Кудрявцева, они имеют большую вариабельность: уже открыты четыре различные изоформы участка, отвечающего за связывание с антигеном. Это дает возможность быстрее подобрать эффективное антитело, а это значительно удешевляет процесс разработки нового препарата. Антигенсвязывающий домен у акульих антител имеет очень гибкую структуру, что позволяет устанавливать связь не только по принципу «ключ — замок», как в случае с верблюжьими антителами, но и по механизму «рука — перчатка», где антителом как бы обхватывается участок антигена. Такой механизм связывания более предпочтителен, так как может сработать там, где «ключ — замок» не даст требуемого эффекта. Недавно обнаружено еще одно важное свойство акульих антител: их вариабельные домены можно замаскировать под человеческий белок — гуманизировать. Благодаря этому они остаются незаметными для иммунной системы.

Реакция «антиген — антитело» происходит при их встрече, во время которой развивается иммунная реакция по принципу «ключ — замок». Следует представить себе антитела и антигены как ключ и замок. Как дверь открывается только при помощи подходящего ключа, таким же образом при иммунной реакции концы подходящих антител соединяются с соответствующим антигеном. Благодаря связыванию множества антител, которые имеют по два места сцепления, происходит агглютинация возбудителей, так что они уже не могут проникнуть в клетки и становятся узнаваемыми для иммунной системы. После этого активируются фагоциты, которые, помимо прочего, удаляют остатки клеточного ядра, разрушенного Т-клетками.

В случае с реакцией по модели «рука — перчатка» речь идет о точном взаимном пространственным соответствием молекул субстрата и связывающего ее участка фермента. Он называется активным центром фермента. Нельзя надеть левую перчатку на правую руку, а если и можно, то с большим трудом. Если активный центр фермента представляет собой как бы слепок молекулы субстрата, ориентированной определенным образом, то ясно, что даже незначительная модификация структуры субстрата не дает ему возможности образовать плотный (а следовательно, и прочный) комплекс с ферментом.

Разработчики планируют, что препарат нового поколения от «Протеомарин» на основе акульих нанотел будет снижать уровень «плохого» холестерина, блокируя работу специального фермента и увеличивая захват лишнего холестерина клетками печени для его утилизации.

Нанотела акул — перспективный инструмент для точного контроля над биохимическими реакциями организма. Это натуральные биологические молекулы, точно действующие на нужное звено в реакции. Активного вещества такого препарата нужно в десять раз меньше, а технологический процесс осуществить удается проще и дешевле. Акульи нанотела оказались перспективным инструментом для точного контроля за биохимическими реакциями, происходящими в организме. Это не химические препараты, уничтожающие все вокруг с массой побочных эффектов, а биологические молекулы, точно действующие на нужное звено в реакции.

По предварительным подсчетам, стоимость годового курса составит $150–200 (порядок стоимости статинов). Цена таких аналогов на основе традиционных антител составляет от $7 000 до $10 000. Лечение будет больше направлено именно на патогенез, что позволит избежать побочных эффектов.

«Статины снижают общий холестерин на 50%, а препараты на основе ингибирования PCSK9 уменьшают “плохой” холестерин на 80% до минимально возможного уровня, что дает значительные преимущество в терапии сердечно-сосудистых заболеваний. Новый механизм действия препарата помогает даже тем, кто резистентен к статинам, — рассказывает Александр. — Антитела акул — это платформа, на которой мы планируем сделать многие дорогостоящие препараты более эффективными и доступными. Наша первая цель — атеросклероз. На платформе можно разработать портфель различных проектов: препараты против онкологии, аутоиммунных заболеваний».

Путь к цели: к победам, наперекор преградам

Компания образовалась в январе 2018 года и уже успела заявить о себе. Сейчас ее работой интересуются такие крупные компании, как «Биокад» и «Байер». «Протеомарин» сотрудничает с фирмами из России, Японии и США. Найти зарубежных исследователей оказалось несложно. Александр и его коллеги читали научные статьи, изучали работы в данной области, а потом обращались непосредственно к авторам дистанционно. Для более тесного сотрудничества спрашивали у них, можно ли приехать и провести совместно ряд исследований. В частности, написали ученым из университета в Токио, задали возникшие вопросы, а затем приехали в Японию.

«Там мы и отработали все этапы технологии иммунизации акул и получения антител. Работу по антигенам мы проводили и совместно с коллегами из Висконсинского Университета », — делится Александр.

Все члены команды «Протеомарин» — биологи и аспиранты, и их научная работа во многом совпадает с направленностью компании. Основные базы для проведения исследований — МГУ, МФТИ и Институт биотехнологий. Сейчас же компания «Протеомарин» является резидентом инновационного центра Сколково, где и локализуется.

«Получение активной молекулы подразумевает биологическую и генетическую часть экспериментов, — рассказывает Александр. — Помимо самостоятельной работы, проведение некоторых опытов мы заказываем у коммерческой компании “Евроген”, расположенной в ИБХ.. В качестве доноров антител используем мелких донных акул, которых легко содержать в аквариуме. Мы договорились с владельцами аквариумов на Чистых прудах о содержании там наших животных. Вот такой у нас сложный, многосоставный процесс активной разработки препарата будущего, и это работает».

О первых успехах и трудностях Александр вспоминает: «С самого начала нам очень помогает и поддерживает венчурный предприниматель Артур Исаев. С его помощью мы осуществили трансфер технологии из Японии и получили грантовую поддержку Фонда содействия развитию малый форм предприятий в научно-технической сфере (Фонд содействия инновациям), фонда Сколково. Наша команда также активно пользуется акселерационной поддержкой и экспертизой широкого круга специалистов Института Стволовых Клеток Человека.. Собственно, так мы смогли начать активную работу над получением молекул против атеросклероза».

Компания постоянно участвует в российских и международных конкурсах и конференциях, стартап-проектах. В 2018 году, в Белгороде победили среди 147 команд в стартап-туре Фонда Сколково «Открытые инновации». Затем подали заявку в Сколково и стали резидентами технопарка. В мае 2019 года прошел стартап-тур открытых инноваций в Петербурге. Из 132 заявок только три из них члены жюри сочли самыми яркими, среди них оказалась работа «Акулы против старения».

«Стартап-туры помогли в проработке деталей. Обратная связь от экспертов помогает оптимизировать стратегию. И, конечно, это пиар и маркетинг. Многие люди заинтересовались нашей работой, воодушевились. Это приятно мотивирует», — поделился Александр.

Победа в конкурсах — это заявка о себе, которая также дает источник финансирования. Иначе невозможно осуществить работу над новым препаратом. Технология разработки — довольно затратный процесс. «50% финансирования “Протеомарин” получил от частных инвесторов, и 50% — это поддержка государства (Сколково, Фонд Бортника). Общая сумма привлеченного финансирования составляет около 10 млн рублей», — рассказал генеральный директор компании.

Сейчас «Протеомарин» локализовал технологию иммунизации акул и получения антител в Москве. Он находится на стадии НИОКР. В течение полугода предстоит разработка первой активной молекулы для лечения атеросклероза. Уже в 2020 году начнутся доклинические испытания этой молекулы на животных. Затем перейдут к клиническим испытаниям. Планируют выпустить препарат на рынок в России, странах ЕС и США.

«В перспективе на основе акульих антител планируется выпускать препараты, которые помогут в борьбе с другими возрастными недугами, воспалительными и аутоиммунными заболеваниями,онкологией», — резюмирует Александр Кудрявцев.